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阴茎内部由3条长杆状的组织所组成,通常叫做“海绵体”。其中两长条圆柱组织,其间充满间隙,双双并列从阴茎顶部延伸下来;而第3条组织,是海绵本体,主要在阴茎的底部。它们在常态之下是松软、萎缩的,就像泄气的汽球一样,但是在阴茎勃起时,其间的缝隙及洞孔就会充满血液,当性欲亢奋时,它们注入的血液量甚至相当于平常的8倍,这些血液完全地转换到阴茎内。
这3条伸缩自如的组织由俗称结缔组织的纤维紧紧包围着。为了使勃起的阴茎可以伸直硬起,这层包裹物必须能够承受其舒张而不致破裂,否则一旦破裂了,其勃起的方向就会发生改变。虽然破裂情况很少发生,但是如果真的破裂了,通常通过手术就可修复。
不过有一点很耐人寻味,就是说在所有灵长类中,只有人类的阴茎内不含任何一根骨头。在哺乳类中,包括鼠类、刺猬、鲸鱼和蝙蝠,几乎所有动物都拥有阴茎骨,这些阴茎骨可以提供勃起时的支撑力。
尿道沿着阴茎的走势而分布,它同时容纳了尿液和精液。为了防止排尿和射精的动作同时发生,身体内有一活门结构可以在射精时关闭膀胱颈。
阴茎的前端,即通常称为龟头的部分,是阴茎最最敏感的部位,因为它上面紧密地分布着大量的神经末梢。人刚出生时,龟头上覆有一层薄皮,通常称为包皮,而包皮内侧表皮包含着会分泌皮脂物质的龟头。这层包皮的作用是减少阴茎胀大及萎缩时的摩擦。